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賽遠(yuǎn)安全通訊模塊搭建的泵站無人值守系統(tǒng)
深圳市賽遠(yuǎn)自動(dòng)化系統(tǒng)有限公司
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賽遠(yuǎn)安全通訊模塊搭建的泵站無人值守系統(tǒng)
一、      背景技術(shù)
泵站是水利樞紐工程的主要設(shè)施,泵站設(shè)施為城市防洪排澇和和農(nóng)村引水排灌起到關(guān)鍵作用。隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速發(fā)展,對(duì)水利設(shè)施和水環(huán)境提出了更高的要求。城市防汛排澇、城鎮(zhèn)水環(huán)境、深水井群和排水設(shè)施均面臨著采用現(xiàn)代信息化技術(shù)來進(jìn)一步提升設(shè)施的要求。
實(shí)現(xiàn)排水、井群、擋潮、排澇、引水等項(xiàng)目,泵站設(shè)備的自動(dòng)化監(jiān)控,集中調(diào)度管理,實(shí)時(shí)采集各種水情、工情數(shù)據(jù)是信息化建設(shè)的基礎(chǔ)。
目前,我國正在運(yùn)行的泵站多為20世紀(jì)六、七十年代建設(shè),因受當(dāng)時(shí)技術(shù)、資金、設(shè)備條件的限制,大部分泵站設(shè)備還是采用傳統(tǒng)人工完成的管理和操作方式,長年老化失修,加上維護(hù)工程師人員短缺,整體素質(zhì)偏低,致使泵站設(shè)備能耗逐年升高,排灌效益銳減,無法保障構(gòu)建社會(huì)主義和諧社會(huì)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求。這些問題已經(jīng)引起中央和地方各級(jí)政府的高度重視,泵站的建設(shè)和大規(guī)模的更新改造已經(jīng)進(jìn)入新的歷史時(shí)期。
為進(jìn)一步提升泵站設(shè)備自動(dòng)化設(shè)施水平,在泵站的建設(shè)和改造中,廣泛的使用了可編程控制器PLC、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)IPC、人機(jī)界面HMI和工業(yè)現(xiàn)場總線等工業(yè)自動(dòng)化產(chǎn)品。但在泵站設(shè)備的組網(wǎng)過程中,通訊線路的建設(shè)還停留在鋪設(shè)專用通訊線纜或采用GPRS無線通訊技術(shù)的水平。
鋪設(shè)專用通訊線纜的缺點(diǎn)在于建造成本高、耗能高、耗時(shí)長,且在很多特殊環(huán)境下無法進(jìn)行通訊線纜的建設(shè),這些制約著泵站建設(shè)和自動(dòng)化的水平。GPRS無線通訊技術(shù)數(shù)據(jù)傳輸量也小、響應(yīng)遲鈍,無法滿足實(shí)時(shí)控制,視頻監(jiān)控,在線進(jìn)行程序上下載和診斷等需求。
 
二、      問題
舉例如下,某市,在60 平方公里,分布著15 個(gè)泵站,采用西門子的S7-300 PLC為每個(gè)泵站的控制系統(tǒng),要求能24 小時(shí)對(duì)每一個(gè)泵站進(jìn)行不間斷數(shù)據(jù)和視頻監(jiān)控。
在項(xiàng)目實(shí)施論證過程中,會(huì)有以下問題讓客戶困擾:
(1) 市內(nèi)外泵站,分布分散,距離監(jiān)控中心太遠(yuǎn),施工布線復(fù)雜,很難集中管理;
(2) 傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控?zé)o法實(shí)現(xiàn),功能單一,難以滿足要求;
(3) 如采用多套系統(tǒng),維護(hù)成本太高,視頻監(jiān)控、周界報(bào)警和泵站周邊動(dòng)力環(huán)境設(shè)備無法統(tǒng)一集中監(jiān)控;
(4) 泵站發(fā)生警情時(shí),就近值班人員,僅靠中心端人員電話通知,沒有辦法在第一時(shí)間獲取詳細(xì)圖像監(jiān)控信息,無法進(jìn)行客觀判斷;
(5) 泵站發(fā)生故障時(shí),由于無法進(jìn)行實(shí)時(shí)的控制器程序在線,故障光是從視頻看停機(jī),無法準(zhǔn)確判斷問題所在,即使派人,也可能需要再次返回拿維護(hù)備件。
三、      賽遠(yuǎn)的無人值守方案
結(jié)合客戶的需求情況,給出詳細(xì)解決方案,重點(diǎn)解決客戶如下問題。
(1) 前端每一個(gè)泵站搭建一套賽遠(yuǎn)遠(yuǎn)程安全通訊模塊SY-RSCM300,作為核心設(shè)備。在每個(gè)泵站上,直接采用具有語音和視頻同時(shí)傳輸?shù)腎P攝像機(jī),負(fù)責(zé)采集前端泵房音視頻監(jiān)控,具備可識(shí)語音對(duì)講,防盜入侵報(bào)警,并通過控制系統(tǒng)PLC進(jìn)行泵房漏水檢測(cè)和動(dòng)力環(huán)境監(jiān)控功能,最終以TCP/IP 網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸。
(2) 采用無線3G傳輸系統(tǒng),解決布線施工復(fù)雜,費(fèi)用高昂問題;
(3) 在監(jiān)控系統(tǒng)上,使用一套軟件平臺(tái),集成泵站動(dòng)力環(huán)境集中監(jiān)控系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、遠(yuǎn)程報(bào)警聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)、燈光控制系統(tǒng)、門禁聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)等子系統(tǒng)。
(4) 系統(tǒng)無縫集成多媒體發(fā)送模塊,將報(bào)警后抓拍到的圖片,通過網(wǎng)絡(luò)及時(shí)發(fā)送給相應(yīng)管理人員,保證讓泵站就近的管理人員迅速處理警情。
(5) 系統(tǒng)采用S-link安全協(xié)議,將泵站的控制器PLC接入后,即可實(shí)現(xiàn)對(duì)遠(yuǎn)程PLC的在線實(shí)時(shí)程序診斷和維護(hù),并且從上位機(jī)上讀取數(shù)據(jù),直接通過OPC的標(biāo)準(zhǔn)方式進(jìn)行,不需要在泵站現(xiàn)場的PLC上寫任何程序,即可完成所有數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)讀寫。
 
系統(tǒng)按照兩層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì),在泵站作業(yè)區(qū)設(shè)置本地監(jiān)控系統(tǒng),包括泵站設(shè)備監(jiān)控、泵站周邊區(qū)域監(jiān)控,周界報(bào)警系統(tǒng)、消防報(bào)警系統(tǒng)、門禁控制系統(tǒng)、燈光語音控制系統(tǒng)、泵站工作區(qū)動(dòng)力環(huán)境監(jiān)控。在市區(qū)的監(jiān)控中心總部設(shè)置無人值守泵站遠(yuǎn)程監(jiān)控統(tǒng)系統(tǒng)一監(jiān)管,包括警情處理、數(shù)據(jù)報(bào)表分析、遠(yuǎn)程管理、集中存儲(chǔ)等任務(wù)。
1、系統(tǒng)總體架構(gòu)
系統(tǒng)將前端的15個(gè)泵站,每個(gè)泵站,可以直接通過每個(gè)遠(yuǎn)程安全通訊系統(tǒng)和3G上網(wǎng)模塊,接入到中心站,每個(gè)站可以通過有線的寬帶上網(wǎng),也可以通過3G無線上網(wǎng),由監(jiān)控中心進(jìn)行集中管理和控制。系統(tǒng)整體架構(gòu)如圖一和圖二所示。
圖一單泵站的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)圖
圖二多泵站的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)圖
本系統(tǒng)提供了一種基于3G的無人值守泵站遠(yuǎn)程監(jiān)控維護(hù)的方法。利用3G無線通訊技術(shù),網(wǎng)絡(luò)技術(shù),工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)的完美結(jié)合,有效的解決了鋪設(shè)專用電纜或GPRS無線通訊無法進(jìn)行視頻傳輸、對(duì)控制器程序級(jí)的控制(遠(yuǎn)程的程序上下載,在線診斷等)、泵站維護(hù)人員短缺和運(yùn)行成本高等問題。
實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)的方法是:
涉及泵站設(shè)備與遠(yuǎn)程監(jiān)控維護(hù)中心之間的通訊,包括
使用3G無線通訊,將泵站設(shè)備采集到的數(shù)據(jù)通過Ethernet接口傳入B遠(yuǎn)程安全通訊模塊到傳入3G通訊模塊后傳輸至遠(yuǎn)程監(jiān)控維護(hù)中心,該遠(yuǎn)程安全通訊模塊在3G網(wǎng)絡(luò)上建立專用通道;攝像頭、PLC和多功能面板HMI之間則通過以太網(wǎng)Profinet實(shí)時(shí)通訊。
使用PLC成熟的工業(yè)現(xiàn)場控制,穩(wěn)定性,安全性高的特點(diǎn),對(duì)泵站的泵組、水閘、各種閥門、電氣系統(tǒng)等進(jìn)行現(xiàn)場級(jí)控制。對(duì)Profibus DP接口的設(shè)備(如PLC從站和變頻器),通過西門子工業(yè)現(xiàn)場總線Profibus實(shí)時(shí)通訊,對(duì)需數(shù)字量或模擬量I/O監(jiān)控的設(shè)備(如液位計(jì)、流量計(jì)、電流互感器和電壓互感器),直接通過I/O接口實(shí)時(shí)通訊。
使用PLC對(duì)水位數(shù)據(jù)采集監(jiān)控,過程如下:用流量計(jì)采集相應(yīng)進(jìn)水流量和排水流量,通過PLC的模擬量輸入模塊實(shí)時(shí)傳輸?shù)?/SPAN>PLC中, PLC根據(jù)采集來的流量得出流量差,與液位計(jì)測(cè)得的集水池液位進(jìn)行計(jì)算,根據(jù)計(jì)算出的結(jié)果,按PLC中設(shè)定順序啟動(dòng)或停止電機(jī)。
使用PLC對(duì)電機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)采集監(jiān)控,過程如下:用電流互感器和電壓互感器采集電機(jī)的電流和電壓數(shù)據(jù),通過PLC模擬量輸入模塊傳輸?shù)?/SPAN>PLC中,PLC對(duì)所采集到的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)存儲(chǔ)并傳輸?shù)焦芾碛?jì)算機(jī)中,當(dāng)電機(jī)過壓或過流或欠壓或欠流時(shí),PLC及時(shí)地關(guān)閉電機(jī),并將故障信號(hào)實(shí)時(shí)傳輸?shù)焦芾碛?jì)算機(jī),發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)。
PLC對(duì)上述兩種狀態(tài)的監(jiān)控,確保泵站集水池中的水位,位于最低水位和最高水位之間。以防止水位過低,造成抽水管干抽,電機(jī)空載運(yùn)行,使得電機(jī)電流過大,燒毀電機(jī);并防止水位過高,進(jìn)水流速高于出水流速時(shí)水溢出,造成事故。
本系統(tǒng)在安裝于管理計(jì)算機(jī)和服務(wù)器中的組態(tài)軟件中,對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄、存儲(chǔ)、統(tǒng)計(jì)并生成報(bào)表,提供了數(shù)據(jù)查詢功能。在管理計(jì)算機(jī)中進(jìn)行用戶權(quán)限的分配,對(duì)不同的工程師分配不同的用戶名和密碼。
本系統(tǒng)還將監(jiān)控故障等級(jí)還由高到低分為了A、B、C三個(gè)等級(jí),在組態(tài)軟件的畫面上呈現(xiàn)紅、橙、藍(lán)對(duì)應(yīng)顏色;監(jiān)控故障出現(xiàn)時(shí),PLC將實(shí)時(shí)將故障信號(hào)發(fā)送到管理計(jì)算機(jī)上,通過組態(tài)畫面,發(fā)出對(duì)應(yīng)警報(bào)信號(hào),A級(jí)為紅色燈亮,并發(fā)出蜂鳴聲,B級(jí)為橙色燈亮,并發(fā)出蜂鳴聲,C級(jí)為藍(lán)色燈亮,維護(hù)工程師根據(jù)接收到的故障報(bào)警等級(jí)對(duì)故障進(jìn)行分類處理。
上述各等級(jí)處理規(guī)定的情況如下:
A級(jí)故障,接到故障報(bào)警后,遠(yuǎn)程監(jiān)控維護(hù)中心的工程師15分鐘內(nèi)通知就近維護(hù)工程師,要求維護(hù)工程師1小時(shí)內(nèi)趕到現(xiàn)場,并在2小時(shí)內(nèi)解決問題。如2小時(shí)不能解決需及時(shí)上報(bào)領(lǐng)導(dǎo),暫停使用本泵站設(shè)備,等待更高級(jí)的處理,并事后出緊急故障處理報(bào)告。此類故障主要是泵站供電電源故障,現(xiàn)場控制器PLC發(fā)生故障,多臺(tái)電機(jī)停止工作無法滿足泵站出水故障,3G無線監(jiān)控通訊系統(tǒng)故障,水位計(jì)停止工作或流量計(jì)停止工作故障。
B級(jí)故障,接到故障報(bào)警后,遠(yuǎn)程監(jiān)控維護(hù)中心的工程師15分鐘內(nèi)通過3G遠(yuǎn)程遠(yuǎn)程維護(hù)系統(tǒng)對(duì)故障進(jìn)行在線診斷,診斷出結(jié)果及時(shí)通知就近維護(hù)工程師進(jìn)行及時(shí)維護(hù)和倉庫進(jìn)行元器件準(zhǔn)備。要求倉庫1小時(shí)內(nèi)對(duì)元器件準(zhǔn)備完畢,技師3小時(shí)內(nèi)趕到現(xiàn)場,并在10小時(shí)內(nèi)解決問題。如10小時(shí)內(nèi)無法解決問題,需及時(shí)上報(bào)領(lǐng)導(dǎo),暫停泵站設(shè)備部分使用,等待更高級(jí)的處理,并事后出緊急故障處理報(bào)告。其主要故障有部分電機(jī)停止工作但能滿足泵站的使用,備用電源故障,某電機(jī)多次出現(xiàn)過壓、欠壓、過載等故障。
C級(jí)故障,是不影響泵站安全運(yùn)行的故障。遠(yuǎn)程監(jiān)控維護(hù)中心的工程師需及時(shí)對(duì)故障部分進(jìn)行遠(yuǎn)程檢測(cè),并通知相關(guān)人員,在一周內(nèi)對(duì)故障點(diǎn)進(jìn)行維修。
 
上述各等級(jí)涉及遠(yuǎn)程監(jiān)控維護(hù)中心的工程師實(shí)施監(jiān)控的具體操作如下:
A級(jí)故障:關(guān)閉聲音報(bào)警,通知維護(hù)工程師趕赴現(xiàn)場故障點(diǎn),其中泵站設(shè)備與遠(yuǎn)程監(jiān)控維護(hù)中心的通訊故障,則先檢查遠(yuǎn)程監(jiān)控維護(hù)中心通訊系統(tǒng),并確定故障點(diǎn)。
B級(jí)故障:關(guān)閉聲音報(bào)警,并按一下步驟操作:
1) 接收到報(bào)警故障后,在組態(tài)軟件中調(diào)閱泵站設(shè)備工作的相關(guān)信息;
2) 在管理計(jì)算機(jī)上,打開SY-RCS軟件,輸入發(fā)生故障的泵站控制PLCIP地址,并輸入用戶名和密碼,點(diǎn)擊建立連接;
3) PLC連接后,打開西門子編程軟件Step 7,將程序上載到管理計(jì)算機(jī);
4) 通過Step 7軟件,對(duì)發(fā)生故障的設(shè)備所對(duì)應(yīng)的程序進(jìn)行在線診斷;
5) 查看現(xiàn)場的視頻信號(hào),將故障區(qū)域的視頻畫面與在線程序診斷的結(jié)果進(jìn)行對(duì)照,判斷故障所在;
6) 鎖定故障元件;
7) 通知最近的現(xiàn)場服務(wù)人員,并將故障信息發(fā)送給相關(guān)部門(技術(shù)部,采購部,倉庫);
8) 填寫故障診斷表,將所診斷出的故障進(jìn)行數(shù)據(jù)備份;
9) 完成診斷。
C級(jí)故障,按一下步驟操作:
1) 接收到報(bào)警故障后,在管理計(jì)算機(jī)上,打開SY-RCS軟件,輸入發(fā)生故障的泵站控制PLCIP地址,并輸入用戶名和密碼,點(diǎn)擊建立連接;
2) PLC連接后,打開西門子編程軟件Step 7,將程序上載到管理計(jì)算機(jī);
3) 通過Step 7軟件,對(duì)發(fā)生故障的設(shè)備所對(duì)應(yīng)的程序進(jìn)行在線診斷;
4) 查看現(xiàn)場的視頻信號(hào),將故障區(qū)域的視頻畫面與在線程序診斷的結(jié)果進(jìn)行對(duì)照,判斷故障所在;
5) 鎖定故障元件;
6) 通知最近的現(xiàn)場服務(wù)人員,并將故障信息發(fā)送給相關(guān)部門(技術(shù)部,采購部,倉庫);
7) 填寫故障診斷表,將所診斷出的故障進(jìn)行數(shù)據(jù)備份;
8) 完成診斷。
四、      預(yù)期效益
通過賽遠(yuǎn)的遠(yuǎn)程安全通訊系統(tǒng)搭建的泵站無人值守綜合監(jiān)控系統(tǒng),其關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對(duì)中大型泵站的“無人值守,少人看管”的全自動(dòng)化控制管理,為泵站減員增效提供了條件,利用優(yōu)化調(diào)度在線運(yùn)行,實(shí)現(xiàn)了節(jié)能、增效,創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。
利用“3G移動(dòng)通信技術(shù),與傳統(tǒng)的GPRS無線通訊技術(shù)相比,使用的帶寬更寬,頻率更高,使得數(shù)據(jù)傳輸速度快,流量大,滿足工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域其要求數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性,視頻信號(hào)的大數(shù)據(jù)量的傳輸?shù)纫蟆?/SPAN>
通過此通道可對(duì)PLC進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控,程序的上下載,將徹底的改變現(xiàn)有通訊系統(tǒng)只能進(jìn)行遠(yuǎn)程的數(shù)據(jù)讀取,不能對(duì)設(shè)備進(jìn)行在線診斷的弊病,將更加有效的提高維護(hù)人員的反應(yīng)速度。專業(yè)的維護(hù)人員只需要在中控室就能對(duì)遠(yuǎn)程泵站設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)在線維護(hù),減少了維護(hù)流程,縮短了維護(hù)耗時(shí),降低了設(shè)備因故障而產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)和安全問題。無人值守泵站遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng),有效降低了運(yùn)行管理人員的勞動(dòng)強(qiáng)度,每年節(jié)省大量的人力物力。
利用PLC對(duì)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)和計(jì)算,得出泵站各臺(tái)電機(jī)的耗電量,各泵站的工作情況,及時(shí)的給工程師發(fā)出維護(hù)預(yù)報(bào),讓工程師能及時(shí)的進(jìn)行預(yù)防性保養(yǎng)維護(hù),使泵站始終處于最優(yōu)工作狀態(tài)。
系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控后,可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享,方便了領(lǐng)導(dǎo)查詢,為樞紐的運(yùn)行管理與調(diào)度決策提供了方便,保證了調(diào)度的實(shí)時(shí)性,促進(jìn)了管理水平的提高。

 

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